观看了几次星舰发射,一时兴起想在RP1里面学习一下可回收火箭的思路以在后面没program的时候勤俭持家,但是一开始,我的可回收火箭也老是省不下钱。以下是我在弄可回收火箭时候遇到的一些问题,以及对其的一些见解。
回收速度太低 → 一级干不过去,二级苦哈哈
【问题背景】
目前主流的回收火箭,比如猎鹰,一级助推器通常在飞到1700m/s左右就得准备分离了。这时候它还没推太远,就得掉头留燃料减速、姿态调整、着陆。
【影响是啥?】
这么搞的结果,就是一级提供的ΔV特别有限,撑死就3700m/s。
那问题来了:全程你得飞个9300多m/s才能入轨啊!那剩下的4500m/s怎么办?只能甩给二级。
【为啥这样不好?】
因为火箭的理想设计逻辑是:比冲越大、排气速度越高,越承担多的ΔV。
现在倒好,一二级失衡了:
一级顾着回收,推一点点;
二级负重前行,要推超过5500 m/s,压力巨大;
二级不得不带更多燃料和更大罐体来撑这事,结果就是死重狂飙,运力被挤压。
【举个例子】
星舰V1版本一级只提供<3700m/s的DeltaV,结果二级死重上了天,实际运力甚至不如重猎;而V2版本不得不在二级增加燃料、减少冗余结构,结果连续两次解体。目测星舰V2版本在大改后运力也不会超过100吨。
RO里面大于2000m/s的再入和完全轨道级的再入实际上是一样的,都需要用干质比奇低的“Shielded tanks",进而导致高分离速度一级可回收火箭奇重,巨大火箭造成的LC建造成本需要制造34发火箭才能平摊下来,回本年限很长。
分级太少 → 越飞越吃力
【两级火箭的问题】
猎鹰9、猎鹰重型、星舰都是两级设计。这样设计省钱省事,回收起来也简单。
但问题是:两级的效率顶不到头,尤其是飞高轨或干深空任务的时候,衰减特别严重。
【数据说话】
拿猎鹰重型举例:
起飞质量1420吨,LEO运力大概63吨,听起来还行;
但一飞TLI就掉到16吨出头;(还是全消耗运力)
【和传统火箭对比】
我们拿同等级别(>1000吨)的N1来比:
起飞质量约2735吨,送Apollo去月球轨道33吨起步;
运用了低干质比、1967年储箱技术的N1深空运载比甚至能比猎鹰高~10%。
结论
所以结论是:为了能回收,可回收火箭在分级数和结构上做了不少妥协,飞深空的时候力不从心。
猎鹰火箭上尚且能用高端合金和减重技术在二级达到高干质比,减轻这个情况,但是星舰不行。星舰要承受再入,意味着结构上至少承担两个方向的加速度。